[12-2023] Дополнительные факторы, влияющие на плавность хода скоростных и высокоскоростных поездов

[Admin]

Дополнительные факторы, влияющие на плавность хода скоростных и высокоскоростных поездов

ГРИШАН А.А., ОАО «Российские железные дороги», Центральная дирекция инфраструктуры, начальник службы по организации скоростного и высокоскоростного движения поездов,
ПЕВЗНЕР В.О., АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (АО «ВНИИЖТ»), докт. техн, наук, ГРОМОВА Т.Н., АО «ВНИИЖТ», ведущий инженер, ПЕТРОПАВЛОВСКАЯ И.Б., АО «ВНИИЖТ», главный специалист, ШАРОВА В.О., АО «ВНИИЖТ», ведущий инженер, БАРОНАЙТЕ Р.А., АО «ВНИИЖТ», ведущий инженер

Аннотация. В 2022 г. специалистами АО ВНИИЖТ выполнен комплекс исследований по определению факторов, влияющих на плавность хода высокоскоростных поездов на линии Санкт-Петербург—Москва. Проведен анализ нарушений плавности хода, выявленных акселерометром «Аксиома», по результатам опытных поездок в 2019-2022 гг. и неровностей, определяемых на базе информации с вагонов-путеизмерителей. В результате установлено наличие на километрах с нарушением плавности хода натурных неровностей в плане и профиле (и их сочетаний), не контролируемых стандартными методами. Проведен также спектральный анализ неровностей и ширины колеи с построением амплитудных спектров.
Результаты проделанной работы позволят определять места с ухудшением показателей динамики и плавности хода, проводить профилактические мероприятия по недопущению появления таких неисправностей, а также устранять факторы, влияющие на ухудшение уровня показателей динамики и плавности хода, сокращая число ограничений скорости высокоскоростных поездов «Сапсан».


Ключевые слова: плавность хода, участки скоростного движения, неровности пути, спектральный анализ.
Улучшить качество обслуживания пассажиров на отечественных железных дорогах поможет повышение плавности хода высокоскоростных и скоростных поездов.


В 2022 г. на линии Санкт-Петербург—Москва специалистами АО «ВНИИЖТ» по заказу ОАО «РЖД» проведено исследование и определены факторы, ухудшающие плавность хода высокоскоростного подвижного состава, разработан комплекс мер по их устранению.
Проведен комплексный анализ информации за 2020—2022 гг. о нарушении плавности хода скоростных и высокоскоростных поездов — срабатывании датчиков курсовой устойчивости хода (КУХ), данных с портативного акселерометра «Аксиома», результатов ранее проведенных опытных поездок.

Рассматривались распределения нарушений по скорости движения и причинам их возникновения. В диапазоне скоростей 220—250 км/ч (рис. 1) отмечено наименьшее количество мест с нарушениями плавности хода (9 % общего количества); наибольшее количество таких мест выявлено в диапазонах скоростей 200—220 (43 %) и 180—200 км/ч (32 %), что хорошо корреспондируется с полученными ранее результатами анализа срабатывания датчиков КУХ для различных скоростей движения.
Оценка уровня нарушения плавности хода по данным портативного акселерометра «Аксиома» выполнялась в соответствии с требованиями [1], с изменениями [2].
Согласно этим нормативным документам, показатели плавности хода нормируются по степеням (п. 6.2.1):
1-я степень — нормальный уровень (вертикальные ускорения менее 1 м/с2, горизонтальные ускорения менее 1 м/с2);
2-я степень (желтый уровень) — допустимый уровень (вертикальные ускорения — от 1,1 до 2 м/с2; горизонтальные ускорения — от 1,1 до 1,5 м/с2);
3-я степень (оранжевый уровень) — плановая коррекция (вертикальные ускорения — от 2,1 до 2,5 м/с2; горизонтальные ускорения — от 1,6 до 2,5 м/с2);
4-я степень (красный уровень) — немедленная коррекция (вертикальные ускорения более 2,6 м/с2; горизонтальные ускорения более 2,6 м/с2).

В соответствии с п. 6.2 [2] дорожный мастер дистанции пути (инфраструктуры) с помощью приложения «Рабочие задания на осмотр ПХ» организует расследование нарушения плавности хода 4-й степени и комфортности проезда пассажиров («сильного» дискомфорта) в рамках одного проезда. Формирование рабочих заданий на осмотр выполняется автоматически в течение семи рабочих дней. Таким образом, отклонения по плавности хода устраняются в кратчайшие сроки, поэтому для установления факторов, влияющих на плавность хода, нами выбраны участки, на которых нарушения фиксировались чаще всего.
Портативный акселерометр «Аксиома» дает информацию о нарушениях плавности хода на отдельных пикетах. На рис. 2 представлено распределение нарушений плавности хода по степеням по данным поездок с акселерометром «Аксиома» за 2019—2022 гг. для I и II путей линии Санкт-Петербург—Москва.
Таким образом, больше всего выявлено нарушений плавности хода 2-й степени. Доля нарушений 3-й и 4-й степеней составляет менее 10 % — путь имеет оценки «отлично» и «хорошо».

На основании проведенного анализа для детального натурного обследования выбрали 64 участка с повышенными показателями плавности хода, а также с различными конструкцией пути и пропущенным тоннажем. Учитывали участки, на которых были зафиксированы нарушения плавности хода не менее 15 раз за два года. Кроме того, за рассматриваемый период на них были зафиксированы нарушения плавности хода 4-й или 3-й степени. Участки характеризуются разным пропущенным тоннажем, типом скреплений, а также длиной рельсов. Цель обследования — выявить дополнительные факторы, влияющие на плавность хода.
Анализ результатов проходов путеизмерителей КВЛ-П (ф.ПУ-32) в 2022 г., выполненный на участках с нарушением плавности хода, показал, что почти все они имеют оценку «хорошо» и «отлично» (97 %) согласно [3], в том числе по дополнительным параметрам. Однако на ряде участков выявлены разного рода сочетания длинных неровностей и наличие их последовательностей. Анализ таких неровностей проводился по показателям датчиков вагонов-путеиз-мерителей КВЛ-П с использованием методики АО «ВНИИЖТ», утвержденной Распоряжением ОАО «РЖД» от 03.10.2019 № 2191/р.


Рассмотрены натурные неровности в профиле с различными амплитудами и длиной более 30 м. В ходе анализа выявлены неровности с амплитудой от 40 до 55 мм длиной 60—100 м и более (рис. 3).
Помимо длинных неровностей в профиле, вызванных деформациями земляного полотна и нарушениями технологии производства работ, выявлены натурные неровности в плане с амплитудами от 10 до 25 мм длиной до 200 м. Кроме того, там же обнаружены последовательности неровностей (от трех и более) на длине до 200 м (рис. 4), которые приводят к нарушению плавности хода.
Выявлено также сочетание неровностей, при которых пики значений натурных неровностей в профиле и плане как совпадают по расположению между собой, так и не совпадают (рис. 5).
Анализ данных (см. рис. 5) показал, что на 445 км в профиле максимальная амплитуда неровности, измеряемая «от пики до пики» (10 мм) расположена на 207 м, а максимальная амплитуда неровности в плане, измеряемая «от пики до пики» (6 мм), — на 310 м. Таким образом, расстояние между пиками натурных неровностей в профиле и плане составило 103 м.
На следующем этапе исследований был проведен анализ изменения натурных неровностей на том же участке в профиле во времени: в период выхода из зимы (февраль) и в сентябре. Установлено, что отдельные неровности, выявленные в феврале, имеют вид острых пик, а уже в сентябре их вид изменяется, очертания становятся более пологими. Такое изменение формы неровности возможно при наличии в этих местах пучин, поэтому такие места требуют дополнительного контроля.
Таким образом, проведенный анализ состояния пути по методике АО «ВНИИЖТ», утвержденной Распоряжением ОАО «РЖД» от 03.10.2019 № 2191/р, позволил установить наличие на километрах с нарушением плавности хода натурных неровностей в плане и профиле (и их сочетаний), не контролируемых стандартными методами.
Одним из основных возбудителей колебаний подвижного состава, следствием которых является ухудшение показателей динамики и плавности хода, является наличие повторяющихся неровностей в пути, исследование которых требует построения спектральных характеристик исследуемого процесса.
Для анализа спектральных характеристик ширины колеи, вертикальных и горизонтальных неровностей по данным промеров построены амплитудные спектры (рис. 6).

Как видно из рис. 6, вертикальные неровности на этом километре имеют небольшие амплитуды и явную повторяемость.
Анализ спектральных характеристик позволяет определить наиболее характерные пики и соответствующие им частоты (величины, обратные соответствующим неровностям) длинных неровностей.
Длины неровностей LHep определяли по формуле LHep = 1000/1,
где i — номер гармонической составляющей.
В результате расчетов установлено, что гармонической составляющей № 22 соответствуют длины неровностей 50 м, № 43 — 25 м, а № 64 — 15 м.
После построения спектров всех участков определили показатель периодичности неровностей, а также соответствующие им частоты колебания подвижного состава по формуле
г 1
f'“V’ ^нер
где v — скорость подвижного состава, м/с.
Затем построили графики частостей (ширина колеи, горизонтальные неровности, вертикальные неровности. Частость (появление неровностей в заданном диапазоне) в спектральном диапазоне определили как отношение километров с неровностями, входящими в выбранный диапазон, к количеству всех рассматриваемых километров.
Необходимо учитывать, что неровности на пути вызывают колебания как необрессоренных, так и об-рессоренных элементов подвижного состава, которые, в свою очередь, создают условия для появления новых неровностей.
Заключение
1. Анализ состояния пути на участках с нарушением плавности хода на линии Санкт-Петеребург— Москва по результатам проходов путеизмерителей КВЛ-П (ф.ПУ-32) в 2022 г. показал, что по основным параметрам, контролируемым штатными вагонами-путеизмерителями (сужение, уширение, уровень, перекос, просадка, рихтовка), на большинстве опытных километров (97 %) путь содержится в хорошем и отличном состоянии, но это не обеспечивает полной оценки влияния этих факторов на показатели динамики подвижного состава и плавность хода.

2. Анализ состояния пути по методике АО «ВНИИЖТ», утвержденной Распоряжением ОАО «РЖД» от 03.10.2019 № 2191/р, позволил установить наличие на километрах с нарушением плавности хода натурных неровностей в плане и профиле (и их сочетаний), не контролируемых стандартными методами контроля.
На километрах с нарушением плавности хода выявлено два варианта сочетаний натурных неровностей между собой: когда пики их значений в профиле и плане совпадают по расположению и когда не совпадают (расстояние между пиками — до 100 м и более).
На километрах с нарушением плавности хода зафиксированы повторяющиеся натурные неровности в плане и профиле с небольшими амплитудами (до 50 мм) на длине до 200 м — от трех и более.
Таким образом, к факторам, которые могут улучшить показатели динамики подвижного состава и ухудшить показатели плавности хода, следует отнести наличие повторяющихся натурных неровностей с небольшими амплитудами и их сочетаний, не всегда выявляемых вагоном-путеизмерителем.
3. По спектральному анализу по параметрам ширины колеи: наиболее часто встречаются неровности в диапазонах длин 60—70 м, что может быть обусловлено колебаниями кузова при скоростях более 200 км/ч, которые, в свою очередь, могут привести к расстройству пути и ухудшению плавности хода. Также можно заметить часто встречающиеся неровности в диапазонах длин 30—50 и 140—280 м, которые могут быть связаны с конструктивными особенностями пути и движением различных типов экипажей с разными скоростями.

По спектральному анализу по параметрам вертикальных неровностей: наиболее часто встречающиеся
диапазоны длин неровностей — это неровности длиной 100—150, 50—100 и 34—50 м.
По спектральному анализу по параметрам горизонтальных неровностей: наиболее часто встречаются периодические горизонтальные неровности с диапазонами длин 145—110 м, до 2 м и от 20 до 15 м.
В целом спектральный анализ показал, что возникновение повторяющихся периодических неровностей с разными длинами по ширине колеи, вертикальным и горизонтальным неровностям может быть связано с движением разных типов подвижного состава с соответствующими скоростями:

• поездов «Сапсан» — со скоростями около 200 км/ч;
• поездов типа «Ласточка» — со скоростями до 160 км/ч;
• обычных пассажирских поездов — со скоростями 100—120 км/ч при различных конструкциях экипажной части;
• отдельных грузовых поездов, в том числе контейнерных.

Другими факторами, влияющими на появление периодических неровностей, являются конструкция пути и его техническое обслуживание пути.
Полученные результаты исследований могут быть использованы при корректировке нормативной документации.

Список источников

1. Об организации порядка диагностики и мониторинга плавности хода и комфортности проезда пассажиров на участках обращения скоростных и высокоскоростных поездов: Распоряжение ОАО «РЖД» от 12.10.2019 № ЦДИ-897р.
2. О внесении изменений в Регламент диагностики и мониторинга плавности хода и комфортности проезда пассажиров на участках обращения скоростных и высокоскоростных поездов: Распоряжение ОАО «РЖД» от 09.02.2022 № ЦДИ-164р.
3. Инструкция по оценке состояния рельсовой колеи путеизмерительными средствами и мерам по обеспечению безопасности движения: Распоряжение ОАО «РЖД» от 28.02.2020 № 436р.

ADDITIONAL FACTORS AFFECTING THE SMOOTH RUNNING OF SPEED AND HIGH-SPEED TRAINS
Grishan Alexander — head of speed and high-speed operating department Central administration of infrastructure — the branch of Joint Stock Company «Russian Railways», JSCo «RZD», a branch of the Central Directorate of infrastructure, Russia, Moscow, grishanaa@center.rzd.ru
Pevsner Viktor — D.Sc., Professor, Research Institute of Railway Transport (JSC «VNIIZHT»), Chief Researcher. Russia, Moscow. vpevzner@ list.ru
Gromova Tatiana — Research Institute of Railway Transport (JSC «VNIIZHT»), leading engineer. Russia, Moscow.
Petropavlovskaya Irina — Research Institute of Railway Transport (JSC «VNIIZHT»), Chief Specialist. Russia, Moscow.
Sharova Valeria — Research Institute of Railway Transport (JSC «VNIIZHT»), leading engineer. Russia, Moscow.
Baronayte Renata — Research Institute of Railway Transport (JSC «VNIIZHT»), leading engineer. Russia, Moscow.
Abstract. In 2022, the specialists of JSC «VNIIZHT» carried out a set of studies to identify factors affecting the smooth running of high-speed trains on the St. Petersburg—Moscow line. The analysis of smoothness violations detected by the «АХ1ОМА» accelerometer was carried out based on the results of experimental trips in 2019-2022 and a detailed analysis of irregularities determined on the basis of information obtained from track measuring cars. As a result, the presence of natural irregularities in the plan and profile (and their combinations) on kilometers with a violation of the ride smoothness, which are not controlled by standard control methods, was established. Spectral analysis of railway track irregularities and railway gauge width using amplitude spectra was also carried out.
The results of the study will allow us to identify places with deterioration of the dynamics and ride smoothness, carry out preventive measures to prevent the occurrence of such malfunctions, as well as eliminate factors affecting the deterioration of the level of dynamics and ride smoothness, reducing the number of speed limits of high-speed trains «Sapsan».
Keywords: ride smoothness, sections of speed traffic, irregularities of the railway track, spectral analysis.